计算机网络原理

1．1 计算机网络及其分类

计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络 *** 作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

按广义定义

关于计算机网络的最简单定义是：一些相互连接的、以共享资源为目的的、自治的计算机的集合。

另外，从逻辑功能上看，计算机网络是以传输信息为基础目的，用通信线路将多个计算机连接起来的计算机系统的集合。一个计算机网络组成包括传输介质和通信设备。

从用户角度看，计算机网络它是这样定义的：存在着一个能为用户自动管理的网络 *** 作系统。有它调用完成用户所调用的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样，对用户是透明的。

一个比较通用的定义是：利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统。

从整体上来说计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。简单来说，计算机网络就是由通信线路互相连接的许多自主工作的计算机构成的集合体。

按连接定义

计算机网络就是通过线路互连起来的、资质的计算机集合，确切的说就是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。

按需求定义

计算机网络就是由大量独立的、但相互连接起来的计算机来共同完成计算机任务。这些系统称为计算机网络（computer networks）

1．1．1计算机网络及其功能

1．1．2计算机网络的分类

1．1．3通信与计算机网络相关标准化组织

1．2 计算机网络组成

1．2．1计算机网络的拓扑结构

1．2．2链路

所谓链路就是从一个节点到相邻节点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换节点。

补充：在进行数据通信时，两个计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路。可见链路只是一条路径的组成部分。

1．2．3网络节点

节点是指一台电脑或其他设备与一个有独立地址和具有传送或接收数据功能的网络相连。节点可以是工作站、客户、网络用户或个人计算机，还可以是服务器、打印机和其他网络连接的设备。每一个工作站﹑服务器、终端设备、网络设备，即拥有自己唯一网络地址的设备都是网络节点。整个网络就是由这许许多多的网络节点组成的，把许多的网络节点用通信线路连接起来，形成一定的几何关系，这就是计算机网络拓扑。

各个网络节点通过网卡那里获得唯一的地址。每一张网卡在出厂的时候都会被厂家固化一个全球唯一的媒体介质访问层（Media Access Control）地址﹐使用者是不可能变更此地址的。这样的地址安排就如我们日常的家庭地址一样﹐是用来区分各自的身份的。您的网络必须有能力去区别这一个地址有别于其它的地址。在网络里面﹐有很多资料封包会由一个网络节点传送到另一个网络节点﹐同时要确定封包会被正确的传达目的地﹐而这个目的地就必须依靠这个网卡地址来认定了。

1．2．4协议

网络协议，也可简称协议，由三要素组成：

(1)语法：即数据与控制信息的结构或格式；

(2)语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；

(3)时序，即事件实现顺序的详细说明。

计算机通信网是由许多具有信息交换和处理能力的节点互连而成的。要使整个网络有条不紊地工作, 就要求每个节点必须遵守一些事先约定好的有关数据格式及时序等的规则。 这些为实现网络数据交换而建立的规则行罩、约定或标准就称为网络协议。 协议是通信双方为了实现通信而设计的约定或通话规则。

协议总是指某一层的协议。准确地说，它是在同等层之间的实体通信时，有关通信规则和约定的集合就是该层协议，例如物理层协议、传输层协议、应用层协议。

步骤

是一系列的步骤： 它包括两方或多方，设计它的目的是要完成一项任务！

是对数据格式和计算机之间交换数据时必须遵守的规则的正式描述。简单的说，网络中的计算机要能够互相顺利的通信，就必须讲同样的语言，语言就相当于协议，它分为Ethernet、NetBEUI、IPX/SPX以及TCP/IP协议。

特点

协议还有其他的特点：

1） 协议中的每个人都必须了解协议，并且预先知道所要完成的所有的步骤。

2）档瞎闹 协议中的神嫌每个人都必须同意并遵循它。

3） 协议必须是清楚的，每一步必须明确定义，并且不会引起误解。

在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则称为网络协议或通信协议

协议也可以这样说,就是连入网络的计算机都要遵循的一定的技术规范,关于硬件、软件和端口等的技术规范。

网络是一个信息交换的场所，所有接入网络的计算机都可以通过彼此之间的物理连设备进行信息交换，这种物理设备包括最常见的电缆、光缆、无线WAP和微波等，但是单纯拥有这些物理设备并不能实现信息的交换，这就好像人类的身体不能缺少大脑的支配一样，信息交换还要具备软件环境，这种“软件环境”是人类事先规定好的一些规则，被称作“协议”，有了协议，不同的电脑可以遵照相同的协议使用物理设备，并且不会造成相互之间的“不理解”。

这种协议很类似于“摩尔斯电码”，简单的一点一横，经过排列可以有万般变化，但是假如没有“对照表”，谁也无法理解一新产生的协议也大多是在基层协议基础上建立的，因而协议相对来说具有较高的安全机制，黑客很难发现协议中存在的安全问题直接入手进行网络攻击。但是对于某些新型协议，因为出现时间短、考虑欠周到，也可能会因安全问题而被黑客利用。

对于网络协议的讨论，更多人则认为：现今使用的基层协议在设计之初就存在安全隐患，因而无论网络进行什么样的改动，只要现今这种网络体系不进行根本变革，就一定无法消除其潜在的危险性。

数据在IP互联网中传送时会被封装为报文或封包。IP协议的独特之处在于：在报文交换网络中主机在传输数据之前，无须与先前未曾通信过的目的主机预先建立好一条特定的“通路”。互联网协议提供了一种“不可靠的”数据包传输机制（也被称作“尽力而为”）；也就是说，它不保证数据能准确的传输。数据包在到达的时候可能已经损坏，顺序错乱（与其它一起传送的封包相比），产生冗余包，或者全部丢失。如果 应用需要保证可靠性，一般需要采取其他的方法，例如利用IP的上层协议控制。

网络协议通常由语法，语义和定时关系3部分组成。网络传输协议或简称为传送协议(Communications Protocol)，是指计算机通信的共同语言。现在最普及的计算机通信为网络通信，所以“传送协议”一般都指计算机通信的传送协议，如：TCP/IP、NetBEUI等。然而，传送协议也存在于计算机的其他形式通信，例如：面向对象编程里面对象之间的通信； *** 作系统内不同程序之间的消息，都需要有一个传送协议，以确保传信双方能够沟通无间。

其他含义

协商：双方协议提高价格 对共同达到统一目的 可制定协议。

通俗概念：协议是做某些事情之前共同协商，共同达到统一目的，对统一达成问题作为书面形式共同约束。

协商好了就点仁义、仗义。协议要是用上了，那就是没意义了，也就是证明即将要结束协议。

定义

协议（protocol）是指两个或两个以上实体为了开展某项活动，经过协商后达成的一致意见。协议总是指某一层的协议。准确地说，它是在同等层之间的实体通信时，有关通信规则和约定的集合就是该层协议，例如物理层协议、传输层协议、应用层协议。

1．3课外实践参考——构建一个简单的局域网络

1．3．1双绞线

双绞线（Twisted Pair）是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕（一般以逆时针缠绕）在一起而制成的一种通用配线，属于信息通信网络传输介质。双绞线过去主要是用来传输模拟信号的，但现在同样适用于数字信号的传输。

双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质。

双绞线是由一对相互绝缘的金属导线绞合而成。采用这种方式，不

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本文的重点虽然是根据实例来解析TCP/IP，但要讲明白下面的过程必须简要讲一下TCP/IP的基本原理。

A．网络是分层的，每一层分别负责不同的通信功能。

TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统，TCP/IP协议族是一组不同的协议组合在一起构成的协议族。尽管通常称该协议族为TCP/IP，但TCP和IP只是其中的两种协议而已，如表1所示。每一层负责不同的功能：

TCP/IP层描述 主要协议 主要功正毕返能

应用层 Http、Telnet、FTP和e-mail等 负责把数据传输到传输层或接收从传输层返回的数据

传输层 TCP和UDP 主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信，TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组数链，设置发送最后确认分组的超时时钟等。UDP则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端。

网络层 ICMP、IP 和 IGMP 有时也称作互联网层，主要为数据包选择路由，其中IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输

链路层 ARP 、RARP和设备驱动程序及接口卡 发送时将举饥IP包作为帧发送；接收时把接收到的位组装成帧；提供链路管理；错误检测等

分层的概念说起来非常简单，但在实际的应用中非常的重要，在进行网络设置和排除故障时对网络层次理解得很透，将对工作有很大的帮助。例如：设置路由是网络层IP协议的事，要查找MAC地址是链路层ARP的事，常用的Ping命令由ICMP协议来做的。

b. 数据发送时是自上而下，层层加码；数据接收时是自下而上，层层解码。

当应用程序用TCP传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息（有时还要增加尾部信息），该过程如图6所示。TCP传给IP的数据单元称作TCP报文段或简称为TCP段。IP传给网络接口层的数据单元称作IP数据报。通过以太网传输的比特流称作帧(Frame)。数据发送时是按照自上而下，层层加码；数据接收时是自下而上，层层解码。

C. 逻辑上通讯是在同级完成的

垂直方向的结构层次是当今普遍认可的数据处理的功能流程。每一层都有与其相邻层的接口。为了通信，两个系统必须在各层之间传递数据、指令、地址等信息，通信的逻辑流程与真正的数据流的不同。虽然通信流程垂直通过各层次，但每一层都在逻辑上能够直接与远程计算机系统的相应层直接通信。通讯实际上是按垂直方向进行的，但在逻辑上通信是在同级进行的。